PZM – Motoryzacja

Możliwości sterowania

Z warunku dwukrotnej zmiany natężenia wzbudzającego pola magnetycznego niezbędnego dla generacji impulsu przez czujnik Wieganda wynikają następujące możliwości sterowania: – przemieszczanie drutu Wieganda w polu magnetycznym, przy czym cewka zamocowana jest w punkcie wyzwalania, – zmiana natężenia pola magnetycznego za pomocą ferromagnetycznego nabiegunnika lub przesłony. Magnesy i drut Wieganda są nieruchome. Tego typu rozwiązanie zastosowali specjaliści firmy ECHL1N/ /USA do sterowania urządzeniem zapłonowym. Czujniki fotoelektryczne były stosunkowo mało popularne ze względu na małą niezawodność żarówki. Dopiero opracowanie diod elektroluminescencyjnych stworzyło przesłanki do produkcji tego typu czujników. Czujnik fotoelektryczny, nazywany obecnie częściej optoelektronicznym, pracuje na zasadzie przerywania strumienia światła przez nieprzezroczystą przesłonę. Kształt tej przesłony określa czas trwania impulsów na wyjściu czujnika, toteż czujnik optoelektroniczny chętnie .stosuje się w tranzystorowych układach zapłonowych. Prosty w konstrukcji czujnik optoelektroniczny odznacza się bardzo dobrymi parametrami. Moment przeskoku iskry w układzie zapłonowym sterowanym czujnikiem optoelektrycznym nie zależy od przesunięć osiowych i promieniowych przesłony.

Czujniki indukcyjnościowe

Bogatą historię rozwoju mają czujniki indukcyjnościowe, od 1965 r. stosowane często w wielu konstrukcjach głównie ze względu na niezależność amplitudy sygnału od zmian prędkości obrotowej. W firmie LUCAS opracowano kilka typów czujników indukcyjnościowych w wersji transformatorowej pod wspólną nazwą OPUS (Oscillating Pick-Up-System). Głównym elementem systemu OPUS 1 jest generator tranzystorowy o sprzężeniu indukcyjnym zbudowany na tranzystorze Tl. Na prostokątnym rdzeniu ferrytowym ze szczeliną jest nawinięty transformator sprzęgający Tr. W szczelinie rdzenia 2 wiruje kurek metalowy z wycięciami. Sprzężenie zwrotne pomiędzy cewkami Lj i L2 dobrano w taki sposób, że wzbudzenie drgań występuje w chwili, gdy w szczelinie rdzenia znajdzie się wycięcie 5 wirującego kubka. System OPUS 1 jest mniej wrażliwy na bicie promieniowe wałka aparatu zapłonowego niż czujnik reluktancyjny, jednakże i w tym przypadku występuje opóźnienie sygnału wyjściowego przy wzroście prędkości obrotowej. Wpływ przesunięć osiowych wałka aparatu zapłonowego jest nadal duży. Ze względu na opóźnienie sygnału wyjściowego maksymalna częstotliwość iskrzenia układu zapłonowego z czujnikiem OPUS 1 jest ograniczana do 400 iskier/s.

Czujnik z efektem Halla

Efekt Halla polega na wytwarzaniu napięcia elektrycznego wskutek zmiany gęstości rozmieszczenia elektronów przy przepływie prądu przez element przewodzący znajdujący się w polu magnetycznym. Elektrony odchylane są w kierunku prostopadłym do kierunku przepływu prądu Iv i do kierunku pola magnetycznego. Przy elektrodzie Ax powstaje nadmiar elektronów, a przy A2 – niedobór, tzn. pomiędzy A i A2 występuje napięcie Halla UH. Sygnał wyjściowy nie zależy od szybkości zmian pola magnetycznego. Opanowanie mikroelektronicznej technologii wytwarzania elementów Halla i integracji ich z układem scalonym wpływa na zmniejszenie wpływu temperatury i szumów. Firma BOSCH już w 1977 roku uruchomiła produkcję scalonego czujnika Halla, przeznaczonego do sterowania układów zapłonowych. Przykład zastosowania scalonego czujnika Halla w tranzystorowym układzie zapłonowym firmy BOSCH można znaleźć na ich stronie. Częstotliwość napięcia przemiennego generowanego w uzwojeniu 2 równa jest częstotliwości iskrzenia. Amplituda sygnału wyjściowego czujnika jest najmniejsza przy małych prędkościach obrotowych, bowiem wtedy szybkość zmian pola magnetycznego jest najmniejsza. Zwiększenie amplitudy sygnału przy najmniejszych prędkościach obrotowych jest możliwe przez zwiększanie wymiarów magnesu lub cewki albo zmniejszanie szczeliny powietrznej.

Czujnik z efektem Wieganda

Efektem Wieganda nazwano zjawisko magnetyczne, zachodzące w specjalnym drucie ferromagnetycznym (stop 10% wanadu, 52% kobaltu i 38″/o żelaza) o małej średnicy, pokrytym galwanicznie cienką warstwą „miękkiego” stopu niklowo-żelazowego. Drut rdzeniowy poddany jest podczas galwanizacji naprężeniom skręcającym. Drut Wieganda jest prostym bistabilnym elementem magnetycznym, tj. może pozostawać w jednym z dwóch stanów namagnesowania w zależności od kierunku i natężenia zewnętrznego pola magnetycznego: zgodnym i przeciwnym. Przejście stanu magnetycznego warstwy zewnętrznej w stan 2 (przeciwny) następuje pod działaniem zewnętrznego, asymetrycznego pola magnetycznego, którego natężenie pola jest mniejsze niż koercja rdzenia. Napięcie indukowane w cewce nawiniętej na drucie Wieganda zależy od szybkości zmiany zewnętrznego pola magnetycznego. Natomiast do przejścia w stan zgodny wystarczy, by natężenie pola magnetycznego osiągnęło pewną wartość progową. Wtedy wszystkie molekuły magnetyczne skokowo przemagnetyzują się w Kierunku zgodnym z kierunkiem magnetyzacji rdzenia. Ten kontrolowany przeskok magnetyczny indukuje w cewce nawiniętej na drucie krótki impuls o dość dużej amplitudzie, wystarczający do bezpośredniego wysterowania układów scalonych (ok. 15 lis, ok. 5 V). Parametry impulsu nie zależą od szybkości zmian pola magnetycznego, a więc od np. mierzonej prędkości obrotowej. Zakres temperatur pracy od -70 do + 250°C.